[发明专利]一种大气程辐射传输计算与实时渲染方法

说明书

本发明涉及一种大气程辐射传输计算与实时渲染方法，该方法包括：建立大气程辐射传输计算物理模型；确定大气程辐射传输数据与纹理坐标之间的映射关系；根据所述大气程辐射传输计算物理模型得到预计算大气程辐射传输数据；根据所述大气程辐射传输数据与纹理坐标之间的映射关系对所述预计算大气程辐射传输数据进行渲染。本发明实施例提供了一种考虑大气米氏散射、瑞利散射、大气分子吸收作用的大气程辐射传输计算模型，计算大气红外辐射并对红外波段下大气程辐射进行渲染，克服了现有模型均不满足红外波段下的大气程辐射传输计算和渲染的缺陷。

技术领域

本发明属于大气物理及计算机图形学领域，具体涉及一种大气程辐射传输计算与实时渲染方法。

背景技术

在数字地球技术中，大气辐射传输对数字地球场景的影响非常重要。大气散射以及大气吸收对太阳辐射和地表辐射的作用不可忽视。

目前，在可见光波段的大气散射渲染方法已有数种：T.Nishita等人在1993年和1996年先后提出了Nishita93模型。其中Nishita93模型仅考虑了单次散射，Nishita96模型实现两次散射，仅支持在大气层内部观测。所以不适用于太空视角下的大气效果渲染。

O'Neal等人提出了可以实现任意视点下的渲染方法(“Accurate atmosphericscattering.”in GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)Gems 2.Addison Wesley,2005,pp.253–268.)，由于大气计算是在渲染过程中进行的，所以随着场景复杂程度以及计算精度的提高，很难满足实时渲染的需求。

法国的E.Bruneton等人和美国的O.Elek等人分别先后提出了支持任意视点、多次散射、渲染时间复杂度为O(1)的渲染方法为Bruneton模型。Bruneton模型在预计算复杂度、纹理空间复杂度、计算精度、渲染时间方面达到了相同级别。

以上所述是可见光波段的大气散射渲染方法，其中，H₂O、CO₂、和O₃等成分对光谱的吸收作用可忽略不计，而瑞利散射和米氏散射是可见光传输特性的主要因素。上述各模型均不满足红外波段下的大气程辐射传输计算和实时渲染。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种大气程辐射传输计算与实时渲染方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种大气程辐射传输计算与实时渲染方法，包括：

建立大气程辐射传输计算物理模型；

确定大气程辐射传输数据与纹理坐标之间的映射关系；

根据所述大气程辐射传输计算物理模型得到预计算大气程辐射传输数据；

根据所述大气程辐射传输数据与纹理坐标之间的映射关系对所述预计算大气程辐射传输数据进行渲染。

在本发明的一个实施例中，建立大气程辐射传输计算物理模型，包括：

根据太阳辐射、地表对环境辐射的反射、大气自辐射、大气对太阳辐射散射、大气对地表辐射散射建立所述大气程辐射传输计算物理模型。

在本发明的一个实施例中，所述大气程辐射传输计算物理模型为：

其中，L_λ(x,v,s)表示所述大气程辐射传输计算物理模型的输出；

L_sun,λ(x,v,s)表示太阳辐射；

T_λ(x,x₀)I[L_λ](x₀,s)表示地表对环境辐射的反射；